碳掺杂氧化锌体系中的铁磁性

我们报告了对一系列含有一个或两个替代碳杂质的ZnO团簇和固体的铁磁性质的自旋极化密度泛函计算。我们分析了ZnC、Zn$_{2}$C、Zn$_{2}$OC、碳取代团簇Zn$_{n}$O$_{n}$ (n=3--10, 12)以及ZnO固体的本征值谱、自旋密度和分子轨道以及诱导磁矩。结果表明，在所有情况下，掺杂都会诱导出约$\sim$2 $\mu_{B}$的磁矩。所有含两个碳杂质的体系都表现出铁磁相互作用，除非碳原子共享同一个Zn原子作为最近邻。这种铁磁相互作用在环状结构中主要通过$\pi$键介导，在三维结构中则通过$\pi$和$\sigma$键介导。计算还表明，在固体中这种相互作用显著增强，揭示了连接两个碳原子的Zn-O网络的维度所起的作用。